透平膨胀机
透平膨胀机的工作原理与作用
透平膨胀机的工作原理与作用透平膨胀机，也被称为透平发电机、透平机组或透平发电机组，是一种利用透平工作原理进行发电的设备。
它是一种热力机械系统，通过将高温高压的工质（通常为蒸汽或燃气）经过透平膨胀机进行膨胀，从而将热能转化为机械能，然后再通过发电机将机械能转化为电能。
透平膨胀机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 进气过程：工质（蒸汽或燃气）从进气口进入透平膨胀机内部。
2. 加热过程：进入透平膨胀机的工质被加热，使其温度和压力都增加。
3. 膨胀过程：加热后的工质通过透平膨胀机内的透平叶片，使透平叶片转动。
透平叶片转动的过程中，工质的内能转化为动能，从而产生机械能。
4. 排气过程：透平膨胀机内的工质经过膨胀后，压力和温度都降低，然后通过排气口排出。
透平膨胀机的作用主要是将热能转化为机械能，然后再经过发电机将机械能转化为电能。
透平膨胀机在发电行业得到广泛应用，特别是在燃气、核能和化石能源发电系统中。
它具有以下几个优点：1. 高效性：透平膨胀机能够将热能转化为机械能的效率较高，能够充分利用能源资源。
2. 灵活性：透平膨胀机的运行速度可以根据需要进行调节，适应不同负载要求，具有较高的灵活性。
3. 可靠性：透平膨胀机结构简单，运行稳定可靠，具有较长的使用寿命。
4. 环保性：透平膨胀机在工作过程中不产生废气和废水，对环境无污染。
透平膨胀机在发电系统中的应用越来越广泛，它不仅可以单独作为一台发电设备使用，还可以与其他发电设备（如燃气轮机、蒸汽轮机）组成联合循环发电系统，提高整体发电效率。
同时，透平膨胀机还可以用于工业生产过程中的废热回收，提高能源利用效率。
透平膨胀机是一种利用透平工作原理进行发电的设备，通过将高温高压的工质经过透平膨胀机进行膨胀，将热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
它具有高效性、灵活性、可靠性和环保性等优点，在发电行业得到广泛应用。
随着能源问题的日益突出，透平膨胀机的发展前景将更加广阔。
透平膨胀机
透平膨胀机，是空气分离设备及天然气（石油气）液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心脏。
原理其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。
我们平常用气筒打气会发现筒身发热,那是因为活塞压缩气体气体放热,如果反之其原理就类似于膨胀机了(更确切的说是活塞式膨胀机).透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗。
扩展资料：膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。
[1]膨胀机常用于深低温设备中。
膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。
活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。
活塞膨胀机：活塞式膨胀机是通过气体膨胀推动活塞向外界输出功以产生制冷量的机器。
工质在气缸内推动活塞输出外功，同时本身内能降低。
因此，膨胀机也是一种气体发动机，所不同的是以使气体冷却获得冷量为主，利用机械功是次要的。
一般来说，活塞膨胀机多适用于中、高压小流量领域。
活塞式膨胀机广泛应用于空分装置及液化装置，尤其是在高压、小体积流量条件下。
1934年前苏联的卡皮查提出用活塞式膨胀机替代液氢进行预冷实现氦气液化，真正实现则是到了20世纪50年代，美国的Collins做出了带活塞式膨胀机预冷的氦液化器，但该产品在低温下活塞和气缸容易卡住，难以稳定工作。
针对这个问题，1962年，中国科学院物理研究所低温物理研究室（中国科学院理化技术研究所前身）周远提出采用室温密封长活塞结构替代原卡皮查结构的方案，并于1964年研制成功，实现了带活塞式膨胀机预冷氦液化器的稳定运行，1965年获得生产推广。
透平式膨胀机工作原理
透平式膨胀机工作原理
透平式膨胀机是一种利用气体动力膨胀来驱动的机械设备，其工作原理如下：
1. 气体进入膨胀机：初始阶段，高温高压气体进入透平膨胀机的压力腔。
透平膨胀机通常有多个透平级别，每个级别内有一对相互旋转的叶轮。
气体通过膨胀机进入透平级别，并通过叶轮的导向叶片被引导到透平叶轮之间的叶轮空间。
2. 汽轮叶轮工作：当气体进入透平叶轮之间的叶轮空间后，由于叶轮之间的差压力作用，气体会带动叶轮加速旋转。
在叶轮加速旋转的过程中，气体的压力和温度会下降，同时叶轮也会转动，并将气体动能转化为机械能。
3. 气体排出：气体从透平叶轮之间的叶轮空间流出后，进入逆向叶轮的叶轮空间。
逆向叶轮会通过导向叶片以及叶轮的反向旋转，将气体引导到透平叶轮之间的叶轮空间，并再次进行加速旋转。
这样，气体在逆向叶轮的作用下又再次转移了部分动能。
4. 工作流体排出：经过多级透平叶轮的循环加速旋转和排气过程后，气体的压力和温度会进一步下降，最终排出膨胀机。
通过上述原理，透平式膨胀机将高温高压气体的动能转化为机械能，可以广泛应用于发电、航空航天以及工业生产等领域。
气体轴承透平膨胀机工作原理
气体轴承透平膨胀机工作原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊气体轴承透平膨胀机的工作原理，这可超级有意思呢！
想象一下啊，气体轴承透平膨胀机就像是一个特别厉害的能量魔法师！它是怎么工作的呢？简单来说，就像是一场巧妙的舞蹈。
比如说，气体就像是一群活力满满的小精灵，它们欢快地涌入透平膨胀机这个大舞台。
然后呢，透平就像是一位出色的舞者，在气体的推动下开始旋转，哇，那速度，简直了！这不就好比是你在操场上尽情奔跑的感觉吗？
再来说说这气体轴承，它就像是给透平舞者穿上了一双神奇的舞鞋，让它能轻松又顺畅地舞动起来。
而且哦，这双“舞鞋”还特别厉害，不用润滑油就能让透平旋转得稳稳当当。
你说神奇不神奇？
在这个过程中，膨胀机就像一个大力士，把气体的能量充分释放出来，带动着各种设备运行。
哎呀，这真的是太了不起了！想象一下，如果没有它，我们的生活中好多东西都会变得不一样呢！
你看，气体轴承透平膨胀机不就是这样一个默默工作却超级重要的存在吗？它在很多领域都发挥着巨大的作用，比如制冷、空分等等。
就好像我们生活中的一些幕后英雄，虽然不被大家常常提及，但却至关重要，难道不是吗？
所以说啊，这气体轴承透平膨胀机的工作原理真的是太酷了！它就像一个神奇的机器，为我们的生活和工业带来了那么多的便利和进步！咱可得好好感谢它呢！。
透平膨胀机制冷原理
透平膨胀机制冷原理
透平膨胀机是一种利用气体的膨胀来实现制冷的装置。
其工作原理基于热力学第一定律和第二定律。
首先，透平膨胀机通过压缩机将制冷工质(一般为制冷剂)压缩成高温高压气体。
然后，将高温高压气体输入到膨胀机中。
膨胀机内部有一个透平叶轮，当高温高压气体通过叶轮时，气体的内能被转换为动能，从而推动叶轮转动。
透平叶轮与发电机或压缩机直接相连，通过叶轮的转动产生机械功或电功，实现能量转换。
在透平叶轮的作用下，高温高压气体膨胀为低温低压气体。
由于能量守恒定律，气体的内能减少，同时温度也降低。
膨胀后的气体一般以液体或气体形式排出，作为焚烧废气或继续进行能量转换的过程。
总体来说，透平膨胀机制冷原理是通过将高温高压气体经过透平叶轮膨胀，将气体的内能转换为动能的同时降低温度，从而实现制冷的目的。
透平膨胀机
透平膨胀机透平膨胀机是空气分离设备及天然气（石油气）液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心脏。
其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，使气体自身冷却达到制冷的目的。
分类按照轴承形式可以分为气体轴承膨胀机和油轴承膨胀机。
气体轴承膨胀机适用于高速轻载小流量的小型设备中，油润滑轴承则适用于大流量重载荷低速工况设备中。
按照气膜承载力产生原理，气体轴承又分为静压轴承和动压轴承。
由于气体轴承功耗低、适用速度范围广、对工质气体无污染及设备简单等优点而被广泛应用，其承载能力及稳定性的提高成为各国研究人员的研究热点。
气体轴承透平膨胀机气体轴承透平膨胀机运行稳定，转速高，效率高，无须维修、保养、拆检等，适用于空气、氢气、氦气、天然气及各种混合气体。
目前自主设计、生产的气体轴承膨胀机已经配套应用于空分设备、化工尾气回收、天然气液化装置、氦制冷机等，并可以针对用户各种特殊要求、特殊气体设计生产的气体轴承透平膨胀机。
氦气轴承透平膨胀机氦气体轴承透平膨胀机的润滑介质为氦气，由于氦气特殊的气体性质，其分子小粘度低，使得提高其承载力的同时保持高稳定运转更加困难。
低温系统关键技术组的研究人员经过科研攻关，先后完成KM3、KM4等空间环境模拟用氦气体轴承透平膨胀机及氦制冷系统的设计制造，最小的用于氦液化器上的氦气体轴承透平膨胀机转子直径7mm，转速高达56万转/分。
2012年，应用于20K（即-253℃）温度下提供2000W冷量的氦气制冷机上的氦气透平膨胀机已顺利完成各项低温性能试验。
氦透平膨胀机表现出很好的稳定性，转速、流量、透平出口温度均已达到设计要求，最高转速达到11.87万转/分钟，绝热效率达到73%以上。
2014年，应用于20K温度下提供10000W冷量的氦气制冷机上的透平膨胀机完成验收，转速82000rpm，绝热效率78%以上。
由此，形成了具有自主知识产权的大型氢氦低温制冷的关键技术—高性能高稳定性氦透平膨胀机的设计、制造与调控技术。
透平膨胀机的等熵效率
透平膨胀机的等熵效率一、透平膨胀机的基本原理透平膨胀机是一种能够将气体压缩或膨胀的机械设备。
其基本原理是利用转子和静子之间的间隙，将气体引入并在旋转时进行压缩或膨胀。
透平膨胀机广泛应用于石油化工、电力、航空航天等领域。
二、等熵过程的定义与特点等熵过程是指在没有热量流入或流出的情况下，气体经历的一种可逆过程。
在等熵过程中，气体内部能量不断变化，但由于没有任何能量转移，所以系统总能量保持不变。
此外，在等熵过程中，还有以下几个特点：1. 气体内部无摩擦；2. 没有任何形式的传热；3. 系统总能量不变。
三、透平膨胀机的等熵效率定义透平膨胀机的等熵效率是指在理想情况下，透平膨胀机在进行等熵过程时所达到的实际功率与其最大功率之比。
即：$$\eta_{is} = \frac{W_{is}}{W_{max}}$$其中，$W_{is}$为透平膨胀机在等熵过程中所达到的实际功率，$W_{max}$为透平膨胀机在最大功率时的功率。
四、等熵效率的计算方法透平膨胀机的等熵效率可以通过以下公式进行计算：$$\eta_{is} = \frac{T_1 - T_2}{T_1 - T_{2s}}$$其中，$T_1$为入口温度，$T_2$为出口温度，$T_{2s}$为理论出口温度。
理论出口温度是指在等熵过程中，气体从入口到出口所经历的压力变化所对应的温度。
其计算公式如下：$$T_{2s} = T_1\left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$$其中，$k$为气体比热比，$P_1$为入口压力，$P_2$为出口压力。
五、影响透平膨胀机等熵效率的因素透平膨胀机等熵效率受到多种因素的影响。
以下是一些常见因素：1. 入口温度：入口温度升高会导致气体密度降低，从而降低等熵效率；2. 出口压力：出口压力升高会导致气体密度增加，从而提高等熵效率；3. 转速：转速越高，透平膨胀机的等熵效率越高；4. 气体比热比：气体比热比越大，透平膨胀机的等熵效率越高。
透平空压机同轴膨胀机工作原理
透平空压机同轴膨胀机工作原理朋友，今天咱们来唠唠透平空压机同轴膨胀机的工作原理，这可挺有趣的呢！咱先来说说透平空压机。
这透平空压机啊，就像是一个超级大力士在吹气。
它主要是把空气给压缩起来。
你想啊，就像你吹气球，你越用力吹，气球里的气就越密集，压力就越大。
透平空压机也是这样，不过它可比咱们吹气球厉害多啦。
它有一个叶轮，这个叶轮就像一个超级大风扇，呼呼地转着。
当空气被叶轮吸进去的时候，叶轮快速转动产生的离心力就把空气往四周甩，这样空气就被压缩了。
而且啊，这个过程中，空气的速度也变得特别快，压力也就跟着升高了。
这个时候的空气就像是一群被赶着走的小绵羊，挤在一起，压力越来越大。
那这个和同轴膨胀机有啥关系呢？这就像是一对好伙伴，它们同轴呢，就像两个人手拉手一起工作。
再来说说膨胀机。
膨胀机可就像是一个魔术师啦。
经过透平空压机压缩后的空气，来到膨胀机这里。
膨胀机里也有叶轮，不过这个时候的情况有点不一样。
空气进入膨胀机后，它的压力可是很高的。
这时候，空气就像是被关在小笼子里很久的小鸟，突然有了空间可以飞出去啦。
空气在膨胀机里膨胀，压力降低的同时，它的能量就被释放出来了。
这个能量就会让膨胀机的叶轮转动起来。
你看，是不是很神奇？就像气球放气的时候，气体会把气球吹得乱动一样，这里是高压空气在膨胀机里释放能量让叶轮转动。
而因为它们是同轴的，透平空压机的叶轮和膨胀机的叶轮在同一根轴上。
透平空压机压缩空气的时候，消耗了能量，让轴转动，这个转动的力量就传递到膨胀机这边。
膨胀机利用这个转动，再加上空气膨胀释放的能量，又反过来给整个系统做一些贡献。
比如说，它可以回收一部分能量，让整个系统运行得更高效。
这就好比两个人合作干活，透平空压机先出力气把空气压缩好，就像一个人先把东西搬起来。
然后膨胀机就利用这个被压缩的空气来发挥自己的本事，把能量释放出来，还能让轴继续转得更顺畅，就像另一个人把搬起来的东西再巧妙地利用起来，让整个工作完成得更好。
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透平膨胀机1、空分设备配套膨胀机的基本要求及工作原理绝热等熵膨胀是获得低温的重要途径之一，也是对外做功的一个重要热力过程。
而作为用来使气体膨胀输出外功以产生冷量的膨胀机，则是能够实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械。
膨胀机可分为活塞式和透平式两大类。
一般来说，活塞式膨胀机多用于中高压、小流量领域。
而低中压、流量相对较大的领域则多用于透平膨胀机。
随着透平技术的进一步发展，中高压、小流量的大膨胀比的透平膨胀机在各领域也有越来越多的应用。
与活塞膨胀机相对比，透平膨胀机具有占地面积小(体积小)，结构简单，气流无脉动，振动小，无机械磨损部件，连续工作周期长，操作维护方便，工质不污染，调节性能好和效率高等特点。
对空分设备来说，低温精馏装置冷量损失的及时补流，产品产量的有效调节等都使得为其提供充足冷量的膨胀机显得尤为重要，可以说它是空分设备的心脏部件之一。
随着科学技术的不断进步，现代空分设备对膨胀机提出了更高的要求，更高的整机效率，更好的稳定剂调节性能，更安全级可靠的保护系统，更长的运行周期及使用寿命等等。
特别是随着内压缩流程空分设备和液体、液化设备等广泛使用，中压甚至更高等级透平膨胀机使用的越来越多。
这类产品膨胀机出口气体常带一部分液体，有的具有很大的膨胀比。
活塞膨胀机是利用工质在可变容积中进行膨胀输出外功，也称为容积型膨胀机。
工质在冷钢内推动活塞输出外功，同时本身内能降低。
透平膨胀机是利用工质在流道中流动时速度的变化来进行能量转换，也称为速度型膨胀机。
工质在透平膨胀机的通流部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。
2、透平膨胀机的分类工质在工作轮中膨胀的程度，称为反动度。
具有一定反动度的透平膨胀机就称为反动式透平膨胀机。
如果反动度很小甚至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气体推动而转动，并对外做功，这种透平膨胀机被称为冲动式透平膨胀机。
根据工质在工作轮中流动的方向，透平膨胀机可分为径流式，径—轴式和轴流式；如图：如果工作轮叶片两侧有轮盘和轮盖，则称为“闭式工作轮”没有轮盖只有轮盘的则称为半开式工作轮。
轮盖和轮盘都没有的(轮盘只有中心部分)则称开式工作轮。
根据一台膨胀机中含的级数多少，可分为单级透平膨胀机和多级透平膨胀机。
为了简化结构，减少流动损失，径—轴流式透平膨胀机一般都采用单级或由几台单级组成的多级膨胀机。
按照工质在膨胀过程所处的状态，膨胀机可分为气相透平膨胀机和两相透平膨胀机。
按照透平膨胀机的制动方式，可分为风机制动透平膨胀机、增加制动透平膨胀机、电极制动透平膨胀机和油制动透平膨胀机。
根据透平膨胀机轴承的不同形式，可分为油轴承透平膨胀机、气体轴承透平膨胀机和磁轴承透平膨胀机等等。
现代空分设备上普遍采用的是向心径—轴流反动式透平膨胀机，它具有级的比焓降大，允许转速高，结构简单和效率高等特点。
3、透平膨胀机的基本方程和工作原理。
①基本方程实际气体流动的理论基础主要是由状态方程、连续性方程、动量方程和能量守恒方程建立起来的。
a.状态方程对于空分设备来说，透平膨胀机是一种低温机械，膨胀机的出口状态通常接近冷凝温度，有时出口气体已带有部分液体。
这样在计算时就必须考虑到实际气体的影响。
实际气体的状态方程形式有很多的，大多数都很复杂，不便于工程上的计算。
相对来说，在空分设备用透平膨胀机的计算中，利用压缩性系数Z来对理想气体状态方程进行修正是最方便的，精确也满足要求。
PV=ZRTP—绝对压力，PaV—气体比体积，m³/kgR—气体常数，J/(kg·k)T—气体温度，kb.连续性方程在透平膨胀机流道中，一般流道过程可简化为一元稳定管流。
在一元稳定流动时，如果在流体经过的任意两截面间即没有流体加入，也没有流体排出，则在流道管内的每一个与流速方向垂直的截面上单位时间内流过的流体质量始终不变。
m=ρ1c1f1=ρ2c2f2 =常数m——质量流量(膨胀气量)kg/sρ——气体密度kg/m³c1、c2——气体在两个状态下的速度，m/sf——垂直于c的流道截面积，㎡从式中很容易看出，当流体体积、流量vc=mρ1一定时，流道面积和气体速度成反比关系。
c.动量方程在透平膨胀机的固定流道(比如喷嘴和扩压器)中，对于一元稳定流动，如式中所表示的动量方程得到广泛的应用。
1/2(C22-C12)=k/(k-1)ZRT[1-(P2/P1)n/n-1]上式适用于摩擦的不可逆绝热流程。
对于某一旋转速度工作的膨胀机工作轮来说，可以导出一元稳定流动时的动量方程式：h1-h2=(w22-w12)/2+(u12-u22)/2式中：h1-h2—工质在两个状态下的比焓J/kgw1，w2——工质在两个状态下的相对速度m/su1,u2——工质在两个状态下的牵连速度(圆周速度)m/s 上式是计算透平膨胀机工作轮中流体流动的重要公式，它适用于一元稳定流动绝热非等熵热力过程。
在工作轮的进出口相对速度w1和w2相同条件下，可以看出不同形式工作轮的工作情况。
不同形式工作轮的工作情况由此可见，向心径流式工作轮具有最大的比焓降和温降。
d.能量守恒方程根据能量守恒定律，当工质在绝热膨胀过程中，与外界既无热量交换，又无动能传递，则膨胀过程始终的单位质量是不变的，即：h1+C12/2=h2+C22/2=常数式中C12/2，C22/2——工质在两个状态下的动能，J/kg在透平膨胀机中，喷嘴和扩压器是固定元件，其内工质流速度的增加和减少是由工质的比焓变化来实现的。
所以在理想情况下，工质在喷嘴和扩压器中的流动过程就属于这类流动。
4、工作原理：透平膨胀机是一种高速旋转的热力机械，它是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，因此也称为速度型的膨胀机。
它由膨胀机通流部分，制动器及机体三部分组成。
工质在透平膨胀机的通流部分中膨胀机获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。
透平膨胀机主机剖面示意如图：膨胀机工质由进气管进入蜗壳，被均匀的分配进入喷嘴，经过喷嘴膨胀，降低了压力和温度后进入工作轮，在工作轮中工质进一步膨胀做功然后经由扩压器排入膨胀机的出口管道，而膨胀功则由工作轮相连的主轴向外输出。
由膨胀机主轴输出的能量可被用于驱动1台压缩机或1台发电机，如果输出的能量较小，则可用风机或由制动器来平衡能量，以使透平膨胀机有一个稳定的运行条件。
各参数在膨胀机通流部分的变化趋势，如图示：5、膨胀机的通流部分膨胀机通过流体部分是指膨胀机在整个膨胀过程中所流经的部分，如图所示，是工质进行能量转换的主要部件。
膨胀工质在通流部分膨胀降温，同时将内能转换成外功输出。
①气体在蜗壳中的流动进入蜗壳的介质速度较小，且蜗壳一般设计成无能量转换型，只是将流体均匀地分配并导入喷嘴环，起导向作用。
故保证蜗壳内出口介质的轴对称流动是蜗壳形式的基本设计条件。
圆形和矩形截面蜗壳使用的比较多，其他形式还有梯形、三角形截面等。
②气体在喷嘴中的流动喷嘴是由1组喷嘴叶片均匀分布而成的1组叶珊。
在透平膨胀机中为了使工作轮能有效的获得尽可能大的动量矩，喷嘴总是按圆周分布，并且有一定的倾斜角。
气体在喷嘴中完成的能量传换约占总量的50%左右，它是透平膨胀机的主要部件之一。
从结构上看喷嘴由三部分组成：进口段、主体段和出口段。
.进口段是把从蜗壳出来的气体导入喷嘴主体，在进口段去留速度较小，能量转换很少。
主体段是气体膨胀的主要部分，根据膨胀比的大小可以使收缩型通道，也可以是缩—放型通道。
出口段是由出口正截面，单侧的叶型面和出口圆弧面组成的一个近似三角形的部分。
实质上它是一段不完善的喷嘴流道，常称为斜切口。
斜切口的形状将影响从喷嘴主体段出来气流的大小和方向。
a. 速度系数气体在喷嘴内的实际流动过程不是等熵过程，流动损失是不可避免的，不仅有气体和壁面的摩擦，还有气流内部相互间的摩擦，这就引起了气流内部的能量交换。
气流的实际出口速度C 1理想的出口温度C 1s,动能转换成热量而使焓降减少。
对于透平膨胀机来说，实际焓降的减少就意味着制冷量的减少。
这一损失通常用速度系数φ来反应。
即φ=C 1/C 1s,速度系数φ是一个综合性的经验损失系数，它的影响因素很多，如喷嘴的结构尺寸，叶片形状，加工质量和气流参数等。
对于现代大中型透平膨胀机来说，透平系数φ一般在0.92-0.98之间。
b. 喉部和临界截面曲连续性方程的动量方程可以得到一元稳定等熵流动方程式;⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛==K 1-K 0K2000P P -1P P 1-K K 2RT Z 非P f m对于某一工质，在稳定流动时，m,Po,Zo,To,R都是常数，式中表述了流道面积f与膨胀过程中压力P的关系。
流量密度m/f和压力比P/Po的变化关系如图：m/f(m/f)流量密度和压力比关系从式中看，当P/Po=0和P/Po=1时，m/f=0；当0＜P/Pa＜1时，m/f总大于0.很明显在这当中存在1个值P/Po=P*/Po使所对应的流量密度达到最大值(m/f)max。
也就是说，当m不变时，流道截面积f达到最小值。
通常把喷嘴流道的最小截面称为喉部截面，而把当地气流速度等于该地音速的那个截面积称为临界截面。
有计算可知，在不考虑损失等熵流动时，出现最大流量密度时的截面(喉部截面)与临界截面相重合。
但流动过程存在摩擦，使喉部截面上的气流实际速度小于当地音速，即该截面与临界截面不重合。
也就是说存有摩擦的绝热流动中，膨胀比减小了，且临界截面出现在喉部截面之后。
c.斜切口膨胀所谓斜切口是指喷嘴叶片由于斜放置，而在出口部存在着一段不完善的喷嘴流道。
它对于气流的大小和方向有着重要的影响，必须加以考虑。
气体在喷嘴的斜切口发生的附加膨胀如图，虽然斜切口一边有限流壁面，而另一边是敞开的。
当喷嘴前后压力比大于临界压力比时，气体在斜切口不发生附加膨胀。
但喷嘴压力小于临界压力比时，则在收缩型喷嘴的斜切口中，气流还将出现附加膨胀而加速，气流朝敞开边偏离ε角。
这时喷嘴斜边口出口气角α1，等于喷嘴流道中中心线切斜角α11与偏离角ε之和即：α1=α11+εd.在变负荷下的工作在空分设备实际运行中，很少有膨胀机运行在设计工况下，产量有时经常需要调节。
在空分设备启动过程也是如此，膨胀机往往在偏离设计工况下运行。
分析由b式中可以看出，流量与喷嘴出口截面积及进口压力成正比，与进口温度的平方根成反比。
而空分设备运行中透平膨胀机的进口压力往往变化不大，所以只有增大喷嘴出口截面积和降低进口温度来增加流量。
在低温装置启动过程中，膨胀机进口气温度高于设计工况，因此在启动过程中透平膨胀机的流量比设计工况要小，这延长了整个装置的启动时间。
而进口温度只能随装置温度慢慢下降。
为了弥补这一缺陷，使低温装置较快的达到设计工况，只有采取增大喷嘴出口面积来提高流量，从而增加制冷量的措施。